过流/短路:电机堵转或负载突变导致电流骤升(如筋膜枪按压过载)。
上下管直通:死区时间不足导致上下桥臂同时导通(VDS电压骤降)。
超温:散热不良或持续高负载引发MOS管结温超标(>150℃)。
电压异常:输入电压跌落或浪涌(如电池欠压/过压)。
专用驱动芯片内置保护
CXLE82113:内置DESAT(退饱和)检测,当VDS电压低于阈值(如2V)时触发闭锁,切断驱动信号并维持锁定状态,需外部复位(Reset引脚)解除。
集成逐周期过流保护(Cycle-by-Cycle OCP),通过比较器实时监控电流,异常时立即闭锁输出,支持自动恢复或手动复位模式。
分立器件闭锁电路
比较器+锁存器方案:通过电流采样电阻+运放检测过流信号,触发RS锁存器锁死PWM输入,直至复位信号解除。
自锁继电器:在严重故障时切断主电源,需物理按键复位(安全性高,但响应速度较慢)。
MCU实时监控与响应
电流环中断保护:ADC实时采样母线电流,触发阈值时MCU强制关闭PWM输出,并置位锁定标志位(需软件复位或断电解除)。
故障状态机管理:通过状态机区分瞬时干扰与持续故障,仅在确认持续异常后进入闭锁状态(降低误触发率)。
结合硬件加速
MCU模块:利用硬件定时器直接关断PWM通道,响应时间<100ns,比纯软件控制快10倍以上。
FPGA硬逻辑保护:通过硬件逻辑门实现信号闭锁,适用于超高速电机(如100,000 RPM吸尘器)。
保护类型 | 触发条件 | 响应方式 | 闭锁协同逻辑 |
---|---|---|---|
过流(OCP) | I > 阈值(如20A) | 硬件闭锁驱动信号 | 闭锁后触发MCU中断,记录故障代码 |
短路(DESAT) | VDS < 2V持续>1μs | 立即闭锁,切断PWM | 需外部复位,避免自动恢复导致二次损坏 |
过温(OTP) | Tj > 150℃ | 降频或闭锁 | 闭锁后启动风扇散热,温度回落至安全值后复位 |
欠压(UVLO) | VIN < 阈值(如6V) | 关闭驱动,保持待机 | 电压恢复后自动解除闭锁 |
筋膜枪堵转保护
方案:CXLE82113驱动芯片 + DESAT检测,闭锁响应时间<2μs,防止电机堵转时MOS管烧毁。
设计要点:增加RC滤波电路避免误触发,闭锁后通过LED闪烁提示用户手动复位。
吸尘器电机直通保护
方案:内置DESAT与OCP,闭锁后通过MOSFET体二极管续流,避免反电动势击穿器件。
优化:结合软件滤波算法(如滑动平均)区分瞬时尖峰与真实故障。
工业设备多重闭锁
方案:FPGA + 硬件比较器实现多级闭锁(如过流+超温+电压异常同时触发),优先级可配置。
响应速度与抗干扰
硬件闭锁优先级高于软件,响应时间需<5μs(避免器件退饱和损坏)。
增加RC滤波或磁珠抑制高频噪声引起的误触发。
闭锁状态恢复策略
自动恢复:适用于瞬态故障(如电压浪涌),定时器超时后自动解除(如500ms)。
手动复位:用于严重故障(如短路),需用户干预确保安全。
诊断与日志记录
闭锁触发时通过MCU记录故障类型(电流值、温度、电压),支持后期分析优化。
智能闭锁:通过AI预测故障(如电流波形预判堵转风险),提前进入限流模式而非直接闭锁,提升用户体验。
集成化保护:新一代驱动芯片将闭锁、诊断、自恢复功能集成于单一封装,减少外围电路。
闭锁功能是电机控制系统的“最后防线”,需根据应用场景的可靠性要求、成本及响应速度综合设计。推荐优先选择内置闭锁保护的驱动芯片(如CXLE82113),以简化开发并确保实时性。